第六章水輪機的導水機構

1、能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第六章第六章 水輪機導水機構水輪機導水機構l第一節(jié)第一節(jié) 導水機構的分類導水機構的分類l第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù)l第三節(jié)第三節(jié) 導水機構的工作原理導水機構的工作原理l第四節(jié)第四節(jié) 導葉的類型及選擇導葉的類型及選擇能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第一節(jié)第一節(jié) 導水機構的分類導水機構的分類導水機構的結構都應滿足下列基本要求：導水機構的結構都應滿足下列基本要求：1. 1.導水機構過流部件的尺寸應與模型水輪機相應部件的尺寸保持導水機構過流部件的尺寸應與模型水輪機相應部件的尺寸保持幾何相似，過流部件的表面應

2、光滑以減少水力損失；幾何相似，過流部件的表面應光滑以減少水力損失；2.2.導水機構的最大開度要可靠并應留有一定的裕量，以保證水導水機構的最大開度要可靠并應留有一定的裕量，以保證水輪機有足夠的過水能力；輪機有足夠的過水能力；3.3.導水機構應有安全保護裝置，以防止導葉因硬物卡住而引起導水機構應有安全保護裝置，以防止導葉因硬物卡住而引起主要傳動零件破壞和盡快斷流防止水輪機飛逸；主要傳動零件破壞和盡快斷流防止水輪機飛逸；4.4.應便于安裝和檢修，特別是調正導葉端面和立面間隙時操作應便于安裝和檢修，特別是調正導葉端面和立面間隙時操作要簡便；要簡便；5.5.在停機時應有良好的封水性能；在停機時應有良好的

3、封水性能；6.6.導葉傳動機構應靈活，各個零部件之間的磨擦應有良好的潤導葉傳動機構應靈活，各個零部件之間的磨擦應有良好的潤滑，結構要簡單?；?，結構要簡單。能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第一節(jié)第一節(jié) 導水機構的分類導水機構的分類調節(jié)水輪機的過流能力，可以通過不同的途徑實現(xiàn)：調節(jié)水輪機的過流能力，可以通過不同的途徑實現(xiàn)：1. 1.微小型和較小型的水輪機，可以用一個裝在進水管的微小型和較小型的水輪機，可以用一個裝在進水管的閥，或轉輪前的筒形閥來調節(jié)通過水輪機的流量。閥，或轉輪前的筒形閥來調節(jié)通過水輪機的流量。2.2.在水輪機轉輪前布置多個導葉在水輪機轉輪前布置多個導葉, ,它們在調節(jié)

4、時作同步它們在調節(jié)時作同步的繞自身軸線轉動，有如百葉窗一樣，只改變水流過的繞自身軸線轉動，有如百葉窗一樣，只改變水流過水斷面面積，水流流徑該通道，水頭損失很小。水斷面面積，水流流徑該通道，水頭損失很小。 理想的調節(jié)機構是工況變化時，僅僅只改變理想的調節(jié)機構是工況變化時，僅僅只改變流量而水頭損失極小。流量而水頭損失極小。能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第一節(jié)第一節(jié) 導水機構的分類導水機構的分類圓柱式導水機構圓柱式導水機構圓錐式導水機構圓錐式導水機構圓盤式導水機構圓盤式導水機構徑向式導水機構徑向式導水機構斜向式導水機構斜向式導水機構軸向式導水機構軸向式導水機構能源動力工程學院能源動力

5、工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 0. 1b導葉高度導葉高度0. 2Z導葉數(shù)目導葉數(shù)目比速和應用水頭的關系，還要考慮強度要求。比速和應用水頭的關系，還要考慮強度要求。相對導葉高度相對導葉高度5 . 01 . 00b一般大型水輪機，為了使其有較高的效率，選取較多的導一般大型水輪機，為了使其有較高的效率，選取較多的導葉數(shù)，對小型水輪機為簡化結構，采用較少的導葉數(shù)。葉數(shù)，對小型水輪機為簡化結構，采用較少的導葉數(shù)。 24,25. 201zmD能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù)

6、。0. 3D導導葉葉分分布布圓圓直直徑徑導葉分布圓直徑是水輪機很導葉分布圓直徑是水輪機很重要的結構參數(shù)，其值的大重要的結構參數(shù)，其值的大小對機組的體積和重量影響小對機組的體積和重量影響很大，所以尺寸要盡可能縮很大，所以尺寸要盡可能縮小。小。13. 130. 110DD能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 。按導水機構能緊密關閉的按導水機構能緊密關閉的原則，確定葉柵密度和翼原則，確定葉柵密度和翼弦長度。弦長度。 翼弦長度是指導葉兩端點的直線長度。翼弦長度是指導葉兩端點的直線長度。 柵距是指兩相鄰導葉軸線的距離，可近柵距是指兩

7、相鄰導葉軸線的距離，可近似按弧長計算。似按弧長計算。和葉柵稠密度和葉柵稠密度、柵距、柵距弦長弦長tL. 400zDt翼弦長度與柵距的比值稱為葉柵稠密度。翼弦長度與柵距的比值稱為葉柵稠密度。一般采用一般采用1 .1tL能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 0. 5導葉出口角導葉出口角導葉出口邊處骨線與圓周方向的導葉出口邊處骨線與圓周方向的夾角稱為導葉出口角。它是決定夾角稱為導葉出口角。它是決定水輪機過流量的一個重要參數(shù)。水輪機過流量的一個重要參數(shù)。 假定出口為法向時，基本方程式假定出口為法向時，基本方程式變?yōu)樽優(yōu)?11rvH

8、guh假定轉輪進口速度矩等于導葉出假定轉輪進口速度矩等于導葉出口速度距，則有口速度距，則有 0011rvrvHguuh000002ctgbQrctgvr能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 002ctgbQHgh602 ngHnQtgbh6000由此看出：在其它條件相同時，由此看出：在其它條件相同時，導葉出口角越大，水輪機過流量導葉出口角越大，水輪機過流量越大。越大。 能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 0. 6a導導葉葉開開度度徑向開度、相對開度、

9、最大開度、徑向開度、相對開度、最大開度、最大可能開度和最優(yōu)開度。最大可能開度和最優(yōu)開度。徑向開度徑向開度00zDarr反映導葉安放位置的參數(shù)，其大反映導葉安放位置的參數(shù)，其大小為從一個導葉的出口邊到相鄰小為從一個導葉的出口邊到相鄰導葉體的最短距離。導葉體的最短距離。 導葉位于徑向位置導葉位于徑向位置時尾部圓直徑時尾部圓直徑能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第二節(jié)第二節(jié) 徑向式導水機構的幾何參數(shù)徑向式導水機構的幾何參數(shù) 相對開度：任一開度與徑向開度的比值相對開度：任一開度與徑向開度的比值100000Dzaaaar 同型號的水輪機在相似工況下相對開度相等，據(jù)此同型號的水輪機在相似工況下

10、相對開度相等，據(jù)此可進行換算，即：可進行換算，即：001100zzDDaaMMM最優(yōu)開度：與最高效率相對應的水輪機開度。最優(yōu)開度：與最高效率相對應的水輪機開度。最大開度：設計水頭下發(fā)出額定功率時的水輪機開度。最大開度：設計水頭下發(fā)出額定功率時的水輪機開度。最大可能開度：實際所能開大的最大開度。最大可能開度：實際所能開大的最大開度。max0max005. 1aa00amax0a能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第三節(jié)第三節(jié) 導水機構的工作原理導水機構的工作原理2211rvrvHguuh導水機構的作用：導水機構的作用：222uuwuv流量調節(jié)方程流量調節(jié)方程由轉輪出口速度三角形，得到由

11、轉輪出口速度三角形，得到2u2uw2w2v2uv222mv22222ctgFQctgvwmu其中其中0000000112ctgbQrctgvrvrvruu22ru能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第三節(jié)第三節(jié) 導水機構的工作原理導水機構的工作原理22222002rctgAQrctgbQHgh代入基本方程式，則有代入基本方程式，則有整理上式即得到流量調節(jié)方程整理上式即得到流量調節(jié)方程22200221ctgArctgbHrQh可見在水輪機轉速和水頭不變的情況下，流量的調可見在水輪機轉速和水頭不變的情況下，流量的調節(jié)可通過改變三個量來達到：節(jié)可通過改變三個量來達到：導葉高度導葉高度，導葉

12、出口導葉出口角角，以及，以及轉輪葉片出口角轉輪葉片出口角。（調節(jié)流量的方法）。（調節(jié)流量的方法） 能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第四節(jié)第四節(jié) 導葉的類型及選擇導葉的類型及選擇0一、導葉翼型的類型一、導葉翼型的類型00對稱型對稱型負曲率負曲率正曲率正曲率能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第四節(jié)第四節(jié) 導葉的類型及選擇導葉的類型及選擇rvu2二、不同導葉翼型對環(huán)量的影響二、不同導葉翼型對環(huán)量的影響環(huán)量的計算環(huán)量的計算進口環(huán)量進口環(huán)量出口環(huán)量出口環(huán)量ctgbQrctgrbQrvaaauaa00222000000000222ctgbQrctgrbQrvu流經導葉后，環(huán)量的變

13、化量流經導葉后，環(huán)量的變化量)(00ctgctgbQ能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第四節(jié)第四節(jié) 導葉的類型及選擇導葉的類型及選擇)(00ctgctgbQ000000環(huán)量增加環(huán)量增加環(huán)量減少環(huán)量減少環(huán)量不變環(huán)量不變對稱型對稱型負曲率負曲率正曲率正曲率能源動力工程學院能源動力工程學院 何寶海何寶海第四節(jié)第四節(jié) 導葉的類型及選擇導葉的類型及選擇三、導葉翼型的選擇三、導葉翼型的選擇 選擇導葉時，除了考慮其它要求外，主要應滿足選擇導葉時，除了考慮其它要求外，主要應滿足轉輪進口環(huán)量要求。轉輪進口環(huán)量要求。 轉輪進口環(huán)量大小取決于水頭，因此主要根據(jù)水轉輪進口環(huán)量大小取決于水頭，因此主要根據(jù)水頭選擇導葉翼型，同時考慮蝸殼的型式。頭選擇導葉翼型，同時考慮蝸殼的型式。低比速混流式水輪機低比速混流式水輪機(H150m):(H150m):中高比速混流式水輪機中高比速混流式水輪機(H=40150m)(H=40150m)低比速軸流式水輪機低比速軸流式水輪機(